[發明專利]基于石墨烯的電磁波吸收器

無效

• 申請號: 201210006050.1
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102570049A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 陸衛兵;姜韻;朱薇;董正高
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;H05K9/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及一種使用石墨烯實現的電磁波吸收器，尤其涉及一種基于石墨烯的介電常數可以通過門電壓來調控這一特性來實現的電磁波吸收器。通過設計合適的結構，該吸收器可以把電磁波吸收進特定的區域，產生熱量。

背景技術

2009年，中國東南大學崔鐵軍教授和陳強教授把那瑞瑪諾和基爾地謝維的理論付諸實踐，利用新型人工電磁材料設計制造了一個在微波頻率下工作的“黑洞”(“An?omnidirectional?electromagnetic?absorber?made?of?metamaterials，”New?J.Phys.12，063006?2010)。電磁黑洞有著廣泛的應用領域和及其重要的研究價值。

自從2004年發現石墨烯以來，引起了人們強烈的研究興趣。G.W.Hanson教授提出，石墨烯的電導率可以由Kubo公式表示為(“Dyadic?Green’s?functions?and?guided?surface?waves?for?a?surface?conductivity?model?of?graphene，”J.Appl.Phys.103(6)，064302，2008)。

其中-e為電子電量，為普朗克常數，f_d(ε)＝1/(1+exp[(ε-μ_c)/(k_BT)])是費米狄拉克分布，k_B為波爾茲曼常數，ω為角頻率，μ_c為化學勢，Γ表示散射率，T表示溫度。由上述公式可知，石墨烯的電導率是隨著化學勢的變化而變化的。不同的電導率又對應著不同的介電常數，它們的對應關系為：Re(ε_g，eq)＝-σ_g，i/ωΔ+ε₀≈-σ_g，i/ωΔ，Im(ε_g，eq)＝σ_g，r/ωΔ，石墨烯的損耗為|Im(ε_g，eq)/Re(ε_g，eq)|。所以，我們可以通過改變石墨烯的化學勢來得到我們想要的介電常數，從而可以得到不同的折射率。基于以上所述，石墨烯是一種可以用來制作電磁波吸收器的理想材料。石墨烯化學勢與門電壓的關系為：

其中，ε₀、ε_r分別表示空氣和sio₂的介電常數，t是sio₂的厚度，所以我們可以通過改變門電壓來改變石墨烯的化學勢從而改變石墨烯的介電常數。迄今為止，尚無人使用石墨烯來設計電磁波吸收器。

發明內容

技術問題：本發明提供一種基于石墨烯的電磁波吸收器，當入射電磁波遇到本發明裝置時，電磁波將被該裝置捕獲，然后被引導著進入中心核，被中心核吸收，電磁波不會再從中心核中出來，光線將在中心核處轉化為熱能。

本發明采用如下技術方案：

一種基于石墨烯的電磁波吸收器，包括：疊合在一起的硅襯底和二氧化硅襯底，在硅襯底上設有階梯形圓孔，在二氧化硅襯底上設有與階梯形圓孔相適配的階梯形突起，且所述階梯形突起嵌入階梯形圓孔中，在二氧化硅襯底上設有石墨烯層。

本發明最下面的是硅襯底，硅襯底上面鋪二氧化硅襯底，二氧化硅襯底上面再鋪石墨烯層，偏置電壓源的一極加在硅襯底上，另一極加在石墨烯上。不同區域硅襯底的厚度不同，不同厚度的硅襯底導致了不同厚度的二氧化硅，從而在同一個偏置電壓下，不同區域的石墨烯所感應到的化學勢不同。所以，不同區域上的石墨烯具有不同的介電常數。當這些區域上的介電常數滿足一定的關系時，就可以實現對電磁波的捕獲吸收。

與現有技術比，本發明具有以下優點：

1，本發明首次實現了基于石墨烯的電磁波吸收器

2，本基于石墨烯的電磁波吸收器通過設計硅襯底不同區域的厚度和合適的偏置電壓，可以工作于多個頻點。

3，本基于石墨烯的電磁波吸收器，結構簡單，重量輕，易于集成，可用于收集能源，局部加熱等多種用途。

附圖說明：

圖1是本發明的原理圖，石墨烯包括中心核5區域以及外殼6區域，中心核5區域為硅襯底7所對應的石墨烯區域，外殼6區域為硅襯底8所對應的石墨烯區域。當中心核5區域和外殼6區域的介電常數滿足如下關系式(I)時，就能實現對電磁波的捕獲吸收。